JPH0965577A - 電気自動車のバッテリ充電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気自動車の車体重量を軽くし、走行距離を
長くするとともに、加速性能をよくする。 【解決手段】 高周波絶縁トランス３０の第１の巻線３
０ａに高周波インバータ回路２９によって得られた高周
波電源電圧を印加し、高周波絶縁トランス３０の第２の
巻線３０ｂに誘起された高周波電圧を高周波インバータ
回路３１のフライホイールダイオード３０ｅ乃至３０ｈ
で整流し、得られた直流電圧によりバッテリ１３を充電
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、走行用のモータに
電源を供給するためのバッテリに充電を行なう電気自動
車のバッテリ充電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気自動車においては、バッテリからの
直流電力を駆動回路たるインバータ回路により交流電力
に変換して走行用の例えばインダクションモータに供給
するようにしている。この場合、バッテリが放電して電
圧が降下すると、インダクションモータを駆動するのに
必要な電力が得られなくなるので、バッテリを外部電源
により充電する必要が生ずる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このため、従来では、
図６に示すように、例えば、単相２００ボルトの商用電
源１の電圧を商用電源トランス２で昇圧し且つ整流回路
３により整流して、例えば、３３０ボルトのバッテリ４
を充電するバッテリ充電装置５が設けられているが、商
用電源トランス２は、重量が大で、電気自動車の車体重
量を増加させることになり、バッテリ４の一充電当たり
の走行距離を短くし、且つ、加速性能の低下を招く不具
合があった。

【０００４】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、高周波絶縁トランスを用いることによ
って、小形軽量化を図ることができる電気自動車のバッ
テリ充電装置を提供するにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の電気自動
車のバッテリ充電装置は、バッテリからの直流電力を基
に駆動回路を介して走行用モータを駆動するようにした
電気自動車において、外部電源を高周波電源に変換する
高周波電源発生手段と、この高周波発生手段からの高周
波電源を一次側入力とする高周波絶縁トランスと、この
高周波絶縁トランスの二次側出力を整流して前記バッテ
リを充電する整流手段とを具備してなる構成に特徴を有
する。

【０００６】請求項２記載の電気自動車のバッテリ充電
装置は、高周波絶縁トランスは、第１乃至第３の巻線を
備え、整流手段は、バッテリの直流電源を高周波電源に
変換する高周波電源発生機能を有し、バッテリの充電時
には、前記第１の巻線が高周波電源発生手段からの高周
波電源を入力とする一次側とし且つ第２の巻線を二次側
として機能し、パッテリによる走行時には、第２の巻線
が整流手段からの高周波電源を入力する一次側とし且つ
第３の巻線が補器用バッテリを遊動充電するための補器
用充電手段に高周波電源を入力させる二次側として機能
する構成に特徴を有する。

【０００７】請求項３記載の電気自動車のバッテリ充電
装置は、高周波絶縁トランスの第３の巻線は、バッテリ
の充電時においても二次側として機能するようになって
いる構成に特徴を有する。

【０００８】請求項４記載の電気自動車のバッテリ充電
装置は、補器用バッテリは、バッテリを冷却するバッテ
リ冷却ファンを駆動するようになっている構成に特徴を
有する。

【０００９】請求項５記載の電気自動車のバッテリ充電
装置は、補器用バッテリ充電手段の他に、バッテリの直
流電源を高周波電源に変換し且つこれを降圧し整流して
補器用バッテリに充電する補器用バッテリ専用充電手段
を備えてなる構成に特徴を有する。

【００１０】請求項６記載の電気自動車のバッテリ充電
装置は、補器用バッテリ充電手段及び補器用バッテリ専
用充電手段は、通常時は一方が動作し、補器用バッテリ
の放電容量が不足する状態のときに他方が動作するよう
に構成されているところに特徴を有する。

【００１１】請求項７記載の電気自動車のバッテリ充電
装置は、整流手段の出力側は駆動回路の一部に接続され
ることにより、バッテリの充電電流を制御するようにな
っている構成に特徴を有する。

【００１２】請求項８記載の電気自動車のバッテリ充電
装置は、バッテリの充電電流は力率制御されるようにな
っている構成に特徴を有する。

【００１３】請求項９記載の電気自動車のバッテリ充電
装置は、駆動回路の一部は、モータのステータコイルを
用いて昇圧チョッパ回路を構成しているところに特徴を
有する。

【００１４】請求項１０記載の電気自動車のバッテリ充
電装置は、バッテリと駆動回路との間に、昇降圧用チョ
ッパ回路が接続されている構成に特徴を有する。

【００１５】請求項１１記載の電気自動車のバッテリ充
電装置は、バッテリの電圧が低下した場合に、昇降圧用
チョッパ回路の降圧作用によりバッテリの充電電流を制
御する構成に特徴を有する。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施例につ
き、図１乃至図３を参照して説明する。全体構成を示す
図１において、電気自動車には、走行用のモータとして
インダクションモータ１１が搭載されており、これは、
複数相例えば３相のステータコイル１２Ｕ，１２Ｖ及び
１２Ｗを有するステータ１２と、図示しないロータとを
備えている。又、電気自動車には、ニッケル系電池から
なる充電可能なバッテリ１３が搭載されており、このバ
ッテリ１３からの直流電力が駆動回路としてのインバー
タ回路１４によって交流電力に変換されて前記インダク
ションモータ１１に供給されるようになっている。

【００１７】インバータ回路１４は、６個のスイッチン
グ素子たるＮＰＮ形のトランジスタ１５Ｕ，１５Ｖ，１
５Ｗ及び１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗを３相ブリッジ接続し
て構成されたもので、夫々のコレクタ，エミッタ間に
は、フライホイールダイオード１７Ｕ，１７Ｖ，１７Ｗ
及び１８Ｕ，１８Ｖ，１８Ｗが接続され、以て、３つの
アーム１９Ｕ，１９Ｖ及び１９Ｗを有する。そして、こ
のインバータ回路１４の入力端子２０，２１は、線間に
コンデンサ２２が接続された直流母線２３，２４に接続
され、出力端子２５Ｕ，２５Ｖ及び２５Ｗは、インダク
ションモータ１１のステータコイル１２Ｕ，１２Ｖ及び
１２Ｗの各一端子に接続されている。尚、インダクショ
ンモータ１１のステータコイル１２Ｕ，１２Ｖ及び１２
Ｗの各他端子は共通に接続されている。

【００１８】高周波絶縁電源回路２６は、バッテリ１３
を充電するためのもので、以下、これについて述べる。
即ち、４個のダイオード２７ａ乃至２７ｄをブリッジ接
続してなる全波整流回路２７は、その交流入力端子が外
部電源たる例えば単相２００ボルトの商用電源２８に交
流電源ライン５２，５３を介して接続されて、２００ボ
ルトの単相交流電源電圧を全波整流するようになってい
る。高周波電源発生手段たる高周波インバータ回路２９
は、４個のＮＰＮ形のトランジスタ２９ａ乃至２９ｄを
ブリッジ接続して構成されたもので、その直流入力端子
は、全波整流回路２９の直流出力端子に接続され、交流
出力端子は、第１乃至第３の巻線３０ａ乃至３０ｃを有
する高周波絶縁トランス３０の第１の巻線３０ａの両端
子に接続されている。この場合、高周波インバータ回路
２９のトランジスタ２９ａ乃至２９ｄの各コレクタ，エ
ミッタ間には、フライホイールダイオード２９ｅ乃至２
９ｈが夫々接続されている。

【００１９】高周波絶縁トランス３０の第２の巻線３０
ｂの両端子は、４個のＮＰＮ形のトランジスタ３１ａ乃
至３１ｄをブリッジ接続してなる高周波インバータ回路
３１の交流側端子に接続されている。高周波インバータ
回路３１のトランジスタ３１ａ乃至３１ｄの各コレク
タ，エミッタ間には、整流手段としても作用するフライ
ホイールダイオード３１ｅ乃至３１ｈが夫々接続されて
おり、その高周波インバータ回路３１の直流側端子は、
前記インバータ回路１４の直流入力端子２０及び２１に
接続されている。

【００２０】高周波絶縁トランス３０の第３の巻線３０
ｃの両端子は、４個のトランジスタ３２ａ乃至３２ｄを
ブリッジ接続してなる補器用バッテリ充電手段たる全波
整流回路３２の交流入力端子に接続され、その全波整流
回路３２の直流出力端子は、補器用バッテリ３３の両端
子に接続されている。尚、高周波絶縁トランス３０にお
ける第１乃至第３の巻線３０ａ乃至３０ｃの巻数比は、
後述するように設定されている。

【００２１】而して、補器用バッテリ３３の両端子に
は、前記バッテリ１３を冷却する補器用たるバッテリ冷
却ファン３４の駆動モータ３４ａの入力端子が接続され
ているとともに、補器としてヘッドライト，その他の照
明器具，計器等が接続されている。

【００２２】補器用バッテリ専用充電手段たる専用充電
回路３５は、高周波インバータ回路３６，高周波絶縁ト
ランス３７及び全波整流回路３８を備えている。高周波
インバータ回路３６は、４個のＮＰＮ形のトランジスタ
３６ａ乃至３６ｄ（各コレクタ，エミッタ間にフライホ
イールダイオード３６ｅ乃至３６ｈが接続されてい
る。）をブリッジ接続して構成されたもので、その直流
入力端子は、バッテリ１３の両端子に接続され、交流出
力端子は、高周波絶縁トランス３７の一次巻線３７ａの
両端子に接続されている。この高周波絶縁トランス３７
は、降圧作用をなすように一次巻線３７ａ及び二次巻線
３７ｂの巻数比が設定されている。

【００２３】全波整流回路３８は、４個のダイオード３
８ａ乃至３８ｄをブリッジ接続して構成されたもので、
その交流入力端子は、高周波絶縁トランス３７の二次巻
線３７ｂの両端子に接続され、直流出力端子は、補器用
バッテリ３３の両端子に接続されている。

【００２４】直流電流検出手段たる充電電流検出器３９
は、直流母線２３に配設されていて、バッテリ１３に流
れる充電電流Ｉｄを検出するようになっている。直流電
圧検出手段たる補器用バッテリ電圧検出器４０は、補器
用バッテリ３３の両端子間に接続されていて、補器用バ
ッテリ３３の端子間電圧Ｖａｄｃを検出するようになっ
ている。

【００２５】さて、制御手段たる制御回路４１は、マイ
クロコンピュータを主体として構成されたもので、各入
力ポートに充電電流検出器３９及び補器用バッテリ電圧
検出器４０の各出力端子が接続され、１群の出力ポート
がインバータ回路１４のトランジスタ１５Ｕ乃至１５Ｗ
及び１６Ｕ乃至１６Ｗの各ベース（ゲート）に接続さ
れ、他の１群の出力ポートが高周波インバータ回路２９
のトランジスタ２９ａ乃至２９ｄの各ベース（ゲート）
に接続され、更に他の１群の出力ポートが高周波インバ
ータ回路３１のトランジスタ３１ａ乃至３１ｄの各ベー
ス（ゲート）に接続され、もう１群の出力ポートが高周
波インバータ回路３６のトランジスタ３６ａ乃至３６ｄ
の各ベース（ゲート）に接続されている。

【００２６】尚、高周波絶縁電源回路２６，専用充電回
路３５及び制御回路４１は、バッテリ充電装置を構成し
ている。

【００２７】次に、本実施例の作用につき、図２及び図
３をも参照して説明する。 （１）インダクションモータ１１の駆動 先ず、電気自動車の走行時の動作を述べる。即ち、制御
回路４１は、インバータ回路１４のトランジスタ１５Ｕ
乃至１５Ｗ及び１６Ｕ乃至１６Ｗに対する通電タイミン
グ信号を作成し、その通電タイミング信号に応じてトラ
ンジスタ１５Ｕ乃至１５Ｗ及び１６Ｕ乃至１６Ｗにベー
ス信号（ゲート信号）Ｓ１を所定の順序で与えて、その
トランジスタ１５Ｕ乃至１５Ｗ及び１６Ｕ乃至１６Ｗを
オンオフ制御する。これにより、インバータ回路１４
は、バッテリ１３の直流電圧から交流電圧を作成してイ
ンダクションモータ１１に与えるようになり、インダク
ションモータ１１が回転し、電気自動車が走行する。

【００２８】この場合、制御回路４１は、インバータ回
路１４のトランジスタ１５Ｕ乃至１５ＷをＰＷＭ制御す
ることによりインダクションモータ１１のステータコイ
ル１２Ｕ乃至１２Ｗに印加される電圧を変化させること
によって、インダクションモータ１１の回転速度を制御
し、以て、電気自動車の走行速度を変化させるようにな
っている。

【００２９】（２）バッテリ１３の充電 バッテリ１３が放電して電圧が降下すると、インダクシ
ョンモータ１１を駆動するのに必要な電力が得られなく
なるので、この場合には、バッテリ１３に外部の交流電
源から充電する。即ち、商用電源２８を高周波絶縁電源
回路２６に接続すると、制御回路４１は、自動的に充電
モードに切換わり、この充電モードでは、高周波インバ
ータ回路２９を用いる。

【００３０】即ち、制御回路４１は、高周波インバータ
回路２９のトランジスタ２９ａ，２９ｄ及び２９ｂ，２
９ｃに交互にゲート信号Ｓ２を与えてオンオフさせ、以
て、高周波絶縁トランス３０の第１の巻線３０ａに例え
ば２００ＫＨｚの高周波電源電圧を印加する。これによ
り、高周波絶縁トランス３０の第２の巻線３０ｂには若
干昇圧された高周波電圧が誘起され、これが高周波イン
バータ回路３１のフライホイールダイオード３１ｅ乃至
３１ｈからなる全波整流回路により全波整流されて例え
ば３６０ボルト程度の直流電圧としてインバータ回路１
４の入力端子２０，２１間に印加される。

【００３１】従って、バッテリ１３には充電電流Ｉｄが
流れる。このことから明らかなように、バッテリ１３の
充電時には、高周波絶縁トランス３０の第１の巻線３０
ａは一次側巻線として機能し、第２の巻線３０ｂは二次
側巻線として機能する。

【００３２】一方、バッテリ１３に充電電流Ｉｄが流れ
ると、この充電電流Ｉｄは充電電流検出器３９により検
出され、検出された充電電流Ｉｄは制御回路４１に与え
られる。そして、制御回路４１は、充電電流Ｉｄが予め
定められた設定値となるように、高周波インバータ回路
２９のトランジスタ２９ａ，２９ｄ及び２９ｂ，２９ｃ
のオンオフデューテイ比を制御する。従って、バッテリ
１３は、安定して充電されることになる。

【００３３】（３）補器用バッテリ３３の遊動充電 バッテリ１３の充電時には、高周波絶縁トランス３０の
第３の巻線３０ｃにも降圧された高周波電圧が誘起さ
れ、これが全波整流回路３２により全波整流されて例え
ば１２ボルトの直流電圧となり、この直流電圧により補
器用バッテリ３３が遊動充電される。この補器用バッテ
リ３３からの補器用直流電源はバッテリ冷却ファン３４
の駆動モータ３４ａに供給され、バッテリ冷却ファン３
４が駆動されてバッテリ１３及び補器用バッテリ３３の
冷却を行なう。

【００３４】又、インダクションモータ１１の駆動時
（電気自動車の走行時）においては、制御回路４１は、
高周波インバータ回路３１のトランジスタ３１ａ，３１
ｂ及び３１ｂ，３１ｃに交互にゲート信号Ｓ３を与えて
オンオフさせ、以て、高周波絶縁トランス３０の第２の
巻線３０ｂに高周波電源電圧を印加する。これにより、
高周波絶縁トランス３０の第３の巻線３０ｃには降圧さ
れた高周波電圧が誘起され、これが全波整流回路３２に
より全波整流されて直流電圧となり、この直流電圧によ
り補器用バッテリ３３が遊動充電される。即ち、インダ
クションモータ１１の駆動時には、高周波絶縁トランス
３０の第２の巻線３０ｂが一次側巻線として機能し且つ
第３の巻線３０ｃが二次側巻線として機能する。

【００３５】補器用バッテリ３３の端子間電圧Ｖａｄｃ
は補器用バッテリ電圧検出器４０によって検出され、そ
の検出された端子間電圧Ｖａｄｃは制御回路４１に与え
られる。制御回路４１は、端子間電圧Ｖａｄｃと設定値
（例えば１２ボルト）とを比較して、高周波インバータ
回路３１のトランジスタ３１ａ乃至３１ｄのオンオフデ
ューティ比を制御する。

【００３６】図２は、高周波インバータ回路３１を用い
て補器用バッテリ３３を充電する場合に係わる回路を抽
出して示すものである。制御回路４１は、端子間電圧Ｖ
ａｄｃが設定値より小（低）の場合には、図３（ａ）に
示すように、トランジスタ３１ａ，３１ｄ及び３１ｂ，
３１ｃのゲート信号Ｓ３ａ，Ｓ３ｄ及びＳ３ｂ，Ｓ３ｃ
のオンオフデューティ比を大に設定し、端子間電圧Ｖａ
ｄｃが設定値と略等しい（中）場合には、図３（ｂ）に
示すように、ゲート信号Ｓ３ａ，Ｓ３ｄ及びＳ３ｂ，Ｓ
３ｃのオンオフデューティ比を図３（ａ）の場合よりも
小に設定し、端子間電圧Ｖａｄｃが設定値より大（高）
の場合には、図３（ｃ）に示すように、ゲート信号Ｓ３
ａ，Ｓ３ｄ及びＳ３ｂ，Ｓ３ｃのデューティ比を図３
（ｂ）の場合よりも小に設定し、以て、端子間電圧Ｖａ
ｄｃを略設定値となるように制御する。

【００３７】そして、制御回路４１は、ゲート信号Ｓ３
ａ，Ｓ３ｄ及びＳ３ｂ，Ｓ３ｃのオンオフデューティを
図３（ａ）のように大にしても、端子間電圧Ｖａｄｃが
設定値を下回わる場合には、即ち、夜間等において補器
用バッテリ３３にヘッドライト，その他の機器が接続さ
れて放電容量が不足した場合には、専用充電回路３５の
高周波インバータ回路３６のトランジスタ３６ａ，３６
ｄ及び３６ｂ，３６ｃに交互にゲート信号Ｓ４を与えて
オンオフさせる。これにより、高周波絶縁トランス３７
の一次巻線３７ａには高周波電圧が印加され、二次巻線
３７ｂには降圧された高周波電圧が誘起されて、これが
全波整流回路３８により全波整流されて直流電圧に変換
され、この直流電圧によって補器用バッテリ３３が遊動
充電される。尚、高周波インバータ回路３３も高周波イ
ンバータ回路３１と同様に制御される。従って、補器用
バッテリ３３は、高周波インバータ回路３１及び３６の
双方の動作によって充電されることになる。

【００３８】このように、本実施例によれば、外部電源
たる商用電源２８から高周波絶縁電源回路２６によりバ
ッテリ１３の充電用の直流電圧を得るようにしたので、
従来の商用電源トランス２の代わりに、高周波絶縁トラ
ンス３０を用いることができるものであり、高周波電源
トランス３０は商用電源トランス２に比し小形軽量であ
るので、それだけ、車載スペースを小になし得るととも
に、車体重量を減少させることができ、バッテリ１３の
一充電当たりの走行距離を長くすることができ、且つ、
加速性能をもよくすることができる。

【００３９】因みに、従来の商用電源トランス２は、例
えば５ＫＶＡの容量のもので、約４０乃至４５Kgの重量
を有するものであったが、本実施例の２００ＫＨｚの高
周波電源を変成する高周波絶縁トランス３０は、鉄心断
面積が周波数に反比例することから、従来の４分の１程
度の重量で済む。

【００４０】又、本実施例によれば、高周波絶縁トラン
ス３３に、バッテリ１３の充電時に一次巻線として機能
する第１の巻線３０ａ及び二次巻線として機能する第２
の巻線３０ｂの他に、第３の巻線３０ｃを設け、バッテ
リ１３の充電時には第３の巻線３０ｃに降圧した高周波
電圧を誘起させて、これにより全波整流回路３２を介し
て補器用バッテリ３３を浮動充電するようにしたので、
バッテリ１３の充電とともに補器用バッテリ３３の浮動
充電を行なうことができ、従って、バッテリ１３の充電
時に補器用バッテリ３３を利用してバッテリ冷却ファン
３４を駆動することができ、バッテリ１３及び補器用バ
ッテリ３３を効果的に冷却することができる。

【００４１】更に、本実施例によれば、高周波絶縁トラ
ンス３０の第２の巻線３０ｂとインバータ回路１４の入
力端子２０，２１間との間に全波整流回路としても機能
する高周波インバータ回路３１を設けて、インダクショ
ンモータ１１の駆動時（電気自動車の走行時）には、バ
ッテリ１３からの直流電源電圧から高周波インバータ回
路３１により高周波電源電圧を得て、この高周波電源電
圧を高周波絶縁トランス３０の第２の巻線３０ｂに印加
することにより第３の巻線３０ｃに降圧した高周波電圧
を誘起させ、これによって全波整流回路３２を介して補
器用バッテリ３３に浮動充電するようにした。そして、
これとは別に、補器用バッテリ３３専用に充電する専用
充電回路３５を設けて（この回路は従来でも設けられて
いる。）、高周波インバータ回路３１の動作による補器
用バッテリ３３の浮動充電によってもその補器用バッテ
リ３３の放電容量が不足する場合には、これに加えて専
用充電回路３５を動作させて補器用バッテリ３３を浮動
充電するようにした。

【００４２】従って、昼間，夜間等において補器用バッ
テリ３３に接続される補器（負荷）が異なる場合でも、
補器用バッテリ３３を効率よく浮動充電することがで
き、バッテリ１３による補器用バッテリ３３の浮動充電
のための消費電力を適正化することができる。

【００４３】尚、上記第１の実施例の変形例として、次
のようなことが考えられる。例えば、高周波インバータ
回路３１の動作により得られる補器用バッテリ３３の充
電のための出力容量を５００ワットに設定し、専用充電
回路３５により得られる出力容量を２５０ワットに設定
し、常には、専用充電回路３５を動作させて補器用バッ
テリ３３を浮動充電させ、これでは補器用バッテリ３３
の放電容量が不足するようになった場合には、高周波イ
ンバータ回路３１が動作するように切換え、それでも補
器用バッテリ３３の放電容量が不足するようになった場
合には、高周波インバータ回路３１及び専用充電回路３
５の双方を動作させるようにする。

【００４４】このような構成とすれば、補器用バッテリ
３３の浮動充電が３段階にわたって行なわれるようにな
るので、補器用バッテリ３３の浮動充電を一層効率よく
行なうことができる。

【００４５】図４及び図５は本発明の第２の実施例であ
り、図１と同一部分には同一符号を付して示し、以下、
異なる部分について説明する。

【００４６】図４において、昇降圧用チョッパ回路４２
は、スイッチング素子としてのＮＰＮ形のトランジスタ
４３，４４及びフライホイールダイオード４５，４６を
有するトランジスタモジュールにて構成されたもので、
そのトランジスタ４３において、コレクタは直流母線２
３に接続され、エミッタはトランジスタ４４のコレクタ
に接続されており、そのトランジスタ４４のエミッタは
直流母線２４に接続されており、トランジスタ４３及び
４４の各コレクタ，エミッタ間にはダイオード４５及び
４６が接続されている。そして、昇降圧用チョッパ回路
４２の中性点はリアクトル４７を介してバッテリ１３の
正端子に接続されており、バッテリ１３の負端子は直流
母線２４に接続されている。尚、充電電流検出器３９
は、バッテリ１３とリアクトル４７とを結ぶ電路に配設
されている。

【００４７】高周波絶縁トランス４８は、前記高周波絶
縁トランス３０に代わるもので、その一次巻線４８ａ及
び二次巻線４８ｂの巻数は等しく設定されている。そし
て、一次巻線４８ａの両端子は、高周波インバータ回路
２９の交流出力端子に接続され、二次巻線３０ｂの両端
子は、整流手段たる全波整流回路４９の交流入力端子に
接続されている。全波整流回路４９は、４個のダイオー
ド４９ａ乃至４９ｄをブリッジ接続して構成されたもの
で、その正，負の直流出力端子のうち、正の直流出力端
子は、インバータ回路１４の出力端子２５Ｗに接続さ
れ、負の直流出力端子は、インバータ回路１４の入力端
子２１に接続されている。

【００４８】直流電圧検出手段たるバッテリ電圧検出器
５０は、バッテリ１３の正，負端子間に接続されてい
て、バッテリ１３の端子間電圧Ｖｄｃを検出するように
なっている。交流側電流検出手段たる交流電流検出器５
１は、交流電源ライン５２に配設されていて、交流電源
ライン５２に流れる電流を検出するようになっている。
フォトカブラからなるゼロクロス点センサ５４は、交流
電源ライン５２，５３間に設けられている。

【００４９】そして、これらのバッテリ電圧検出器５
０，交流電流検出器５１及びゼロクロス点センサ５４の
各出力端子は、制御回路４１の入力ポートに接続されて
おり、この制御回路４１の２つの出力ポートは、昇降圧
用チョッパ回路４２のトランジスタ４３，４４の各ベー
ス（ゲート）に接続されている。

【００５０】次に、この第２の実施例の作用につき、図
５をも参照しながら説明する。

【００５１】（１）インダクションモータ１１の駆動 インダクションモータ１１の駆動の基本的動作は第１の
実施例と同様である。但し、この実施例では、バッテリ
１３からの放電電流は、昇降圧用チョッパ回路４２のリ
アクトル４７及びフライホイールダイオード４５を介し
てインバータ回路１４に供給される。

【００５２】又、バッテリ電圧検出器５０の検出するバ
ッテリ１３の端子間電圧Ｖｄｃが設定値（例えば３３０
ボルト）よりも小なる場合には、制御回路４１は、先
ず、昇降圧用チョッパ回路４２のトランジスタ４４にベ
ース信号（ゲート信号）Ｓ５を与えてそのトランジスタ
４４をオンさせる。これにより、バッテリ１３の正端
子，リアクトル４７，トランジスタ４４及びバッテリ１
３の負端子の経路でリアクトル４７に電流が流れること
により電磁エネルギーが蓄積される。その後、制御回路
４１は、チョッパ回路４２のトランジスタ４４をオフす
るようになり、リアクトル４７に蓄積された電磁エネル
ギーはフライホイールダイオード４５を介してコンデン
サ２２に蓄積され、コンデンサ２２の端子間電圧は端子
間電圧Ｖｄｃよりも高い電圧になる。この場合、制御回
路４１は、端子間電圧Ｖｄｃの低下度合いに応じて、チ
ョッパ回路４２のトランジスタ４４のオンオフデューテ
ィ比を制御する。従って、チョッパ回路４２は昇圧用と
して機能する。

【００５３】（２）インダクションモータ１１の回生制
動 インダクションモータ１１が高出力（高回転数）から低
出力（低回転数）に移行する場合には、インダクション
モータ１１は回生制動となる。即ち、制御回路４１は、
チョッパ回路４２のトランジスタ４３をオンさせるよう
になり、従って、インダクションモータ１１からの回生
電流は、インバータ回路１４のフライホイールダイオー
ド１７Ｕ乃至１７Ｗ及び１８Ｕ乃至１８Ｗ並びにチョッ
パ回路４２のトランジスタ４３を介してバッテリ１３に
流れるようになる。

【００５４】この場合、インダクションモータ１１の発
電電圧は、このときの回転数に比例するようになるの
で、モータ発電電圧がバッテリ電圧の３３０ボルトより
も高くなることがある。そこで、制御回路４１は、この
回生制動時には、充電電流検出器３９によりバッテリ１
３に対する充電電流（回生電流）Ｉｄを検出して、これ
が所定値を超えるときには、チョッパ回路４２のトラン
ジスタ４３をオフさせ、逆に、充電電流Ｉｄが所定値以
下のときにはトランジスタ４３をオンさせるように制御
する。従って、この場合には、チョッパ回路２６は降圧
用として機能するようになる。

【００５５】（３）バッテリ１３の充電 高周波絶縁電源回路２６に商用電源２８が接続される
と、ゼロクロス点センサ５４は、図５（ａ）で示すよう
に、交流電源電圧Ｖａｃが供給されて、図５（ｂ）で示
すように、正（＋）半波でロウレベル及び負（−）半波
でハイレベルとなる矩形波の出力信号Ｓを出力し、これ
を制御回路４１に与える。制御回路４１は、ゼロクロス
点センサ５４からの出力信号Ｓがロウレベル，ハイレベ
ルを繰返すことを検出すると、充電開始であると判断
し、インバータ回路１４の１つのアーム１９Ｕのトラン
ジスタ１６Ｕ及びチョッパ回路４２のトランジスタ４３
以外のトランジスタ１５Ｕ乃至１５Ｗ及び１６Ｖ，１６
Ｗをオフさせる。更に、制御回路４１は、図５（ｂ）に
示すように、ゼロクロス点センサ５４からの出力信号Ｓ
の立上り及び立下りから交流電源電圧Ｖａｃのゼロクロ
ス点を検出する。

【００５６】制御回路４１は、交流電源電圧Ｖａｃのゼ
ロクロス点を検出すると、これに基づきＰＬＬ制御によ
り、図５（ｃ）に示すように、交流電源電圧Ｖａｃに同
期した正弦波の基準（電圧）信号ＶＲを作成する。制御
回路４１は、基準信号ＶＲから交流電源電圧Ｖａｃの極
性を判断するようになっており、これに基づいて以下の
ような制御を行なう。

【００５７】即ち、制御回路４１は、高周波インバータ
回路２９にゲート信号Ｓ２を与えて高周波電源電圧を生
じさせることは第１の実施例と同様であり、その高周波
電源電圧は、高周波絶縁トランス４８により１対１に変
成された後、全波整流回路４９により全波整流され、以
て、直流電圧としてインバータ回路１４の出力端子２５
Ｗ及び入力端子２１間に印加される。

【００５８】制御回路４１は、交流電源電圧Ｖａｃが正
（＋）半波の場合には、先ず、インバータ回路１４の１
つのアーム１９Ｕのトランジスタ１６Ｕをオンさせる。
これにより、全波整流回路４９の正の出力端子，インダ
クションモータ１１のステータコイル１２Ｗ，１２Ｕ，
トランジスタ１６Ｕ及び全波整流回路４９の負の出力端
子の経路でステータコイル１２Ｗ及び１２Ｕに電流が流
れ、そのステータコイル１２Ｗ及び１２Ｕに電磁エネル
ギーが蓄積される。そして、ステータコイル１２Ｗ及び
１２Ｕに電流が流れると、交流電源ライン５２及び５３
にも交流電源電流Ｉａｃが流れ、この交流電源電流Ｉａ
ｃは，交流電流検出器５１により検出されて検出電流Ｉ
ｂとして制御回路４１に与えられる。尚、検出電流Ｉｂ
は、実際には電圧に変換されて制御回路４１に与えられ
るものであるが、ここでは、説明の便宜上、検出電流Ｉ
ｂとして述べる。

【００５９】トランジスタ１６Ｕのオン状態の継続によ
り検出電流Ｉｂが増加してこれが基準信号ＶＲより大に
なると、制御回路４１は、トランジスタ１６Ｕをオフさ
せ、トランジスタ４３をオンさせる。これにより、ステ
ータコイル１２Ｗ及び１２Ｕに蓄積された電磁エネルギ
ーは、フライホイールダイオード１７Ｕを介してコンデ
ンサ２２に与えられ、更に、トランジスタ４３及びリア
クトル４７を介してバッテリ１３に与えられるようにな
り、バッテリ１３が昇圧された電圧で充電される。

【００６０】その後、交流電流検出器５１の検出電流Ｉ
ｂが減少して基準信号ＶＲより小になると、制御回路４
１は再びトランジスタ１６Ｕをオンさせるようになる。
以下、同様の動作を繰返すようになる。従って、トラン
ジスタ１６Ｕに与えられるゲート信号Ｓｙは図５（ｄ）
に示すようになる。

【００６１】交流電源電圧Ｖａｃが負（−）半波の場合
にも、制御回路４１によるトランジスタ１６Ｕ及び４３
のオンオフ動作は、前述と同様である。従って、トラン
ジスタ１６Ｕに与えられるゲート信号Ｓｚは図５（ｅ）
に示すようになる。

【００６２】即ち、制御回路４１は、図５（ｆ）に示す
ように、検出電流Ｉｂが基準信号ＶＲに追従するように
トランジスタ１６Ｕをオンオフ制御するものであり、こ
れにより、検出電流Ｉｂは交流電源電圧Ｖａｃと同相の
正弦波状の波形に制御され、交流電源電流Ｉａｃは図５
（ｇ）に示すようになる。

【００６３】ところで、上述したようなバッテリ１３の
充電時において、バッテリ１３の端子間電圧Ｖｄｃが異
常に低下していた場合には、バッテリ１３に過大な充電
電流が流れてそのバッテリ１３に悪影響を及ぼすので、
制御回路４１は次のように動作する。即ち、充電電流検
出器３９は、バッテリ１３に流れる充電電流Ｉｄを検出
してこれを制御回路４１に与えるので、制御回路４１
は、充電電流Ｉｄが所定値を超えたときにチョッパ回路
４２のトランジスタ４３をオンオフ制御し、以て、充電
電流Ｉｄが所定値以下となるように制御する。

【００６４】（４）補器用バッテリ３３の浮動充電 補器用バッテリ３３は、インダクションモータ１１の駆
動時（電気自動車の走行時）に、専用充電回路３５によ
って浮動充電される。この場合、制御回路４１は、高周
波インバータ回路３６を高周波インバータ回路３１と同
様に制御する（図３参照）。

【００６５】このように、第２の実施例によれば、イン
ダクションモータ１１を駆動する場合において、バッテ
リ１３の端子電圧Ｖｄｃが設定値より低いときには、チ
ョッパ回路４２を昇圧用チョッパとして作用させるよう
にしたので、インダクションモータ１１としては、定常
運転時の定格にすることができ、効率よくすることがで
きる。又、インダクションモータ１１の回生制動時に
は、インダクションモータ１１の発電電圧が高い場合に
応じてチョッパ回路４２を降圧用チョッパとして作用さ
せるようにしたので、インダクションモータ１１の回生
制動を円滑に行なうことができ、バッテリ１３に悪影響
を及ぼすこともない。

【００６６】更に、バッテリ１３の充電時には、駆動回
路たるインバータ回路１４の１つのアーム１９Ｕのトラ
ンジスタ１６Ｕとインダクションモータ１１のステータ
コイル１２Ｗ及び１２Ｕとにより昇圧用チョッパ回路を
構成して、トランジスタ１６Ｕをオンオフ制御するよう
にしたので、ステータコイル１２Ｗ及び１２Ｕに断続的
に電流が流れて電磁エネルギーが蓄積され、その電磁エ
ネルギーがチョッパ回路４２のトランジスタ４３を介し
てバッテリ１３に与えられてこれが充電されるようにな
る。従って、バッテリ１３に対してこれよりも低い電圧
の外部電源であっても、そのバッテリ１３に容易に充電
することができるものであり、使用者にとって極めて有
利である。

【００６７】更に、バッテリ１３の充電時において、制
御回路４１は、ゼロクロス点センサ５４の出力信号に基
づいて交流電源電圧Ｖａｃのゼロクロス点を検出して、
これに基づいて交流電源電圧Ｖａｃに同期した基準信号
ＶＲを得、この基準電圧ＶＲに交流電源電流Ｉａｃを検
出する交流電流検出器５１の検出電流Ｉｄを追従させる
ようにした。

【００６８】従って、インダクションモータ１１のステ
ータコイル１２Ｗ及び１２Ｕを利用しても交流電源の力
率改善の制御を行なうことができ、電源高調波の低減を
図ることができ、又、同時にバッテリ１３に対する充電
電流の制御も行なうことができる。

【００６９】又、制御回路４１は、バッテリ１３の充電
時においては、バッテリ１３の端子間電圧Ｖｄｃが異常
に低い場合には、チョッパ回路４２のトランジスタ４３
をオンオフ制御するようにしたので、バッテリ１３に対
する急激な充電を防止することができて、バッテリ１３
に悪影響を及ぼすことがない。

【００７０】尚、上記実施例では、モータとしてインダ
クションモータ１１を用いるようにしたが、代わりに、
２相モータ，ブラシレスモータ，或いはリラクタンスモ
ータを用いてもよく、この場合には、駆動回路としては
フライホイールダイオードを有するスイッチング素子た
るトランジスタを２個直列に接続してなる１つのアーム
しか有しないものもあり、従って、駆動回路としては１
つ以上のアームを有するものが対象となる。

【００７１】

【発明の効果】本発明は、以上説明した通りであるの
で、次のような効果を奏する。請求項１記載の電気自動
車のバッテリ充電装置によれば、外部電源から高周波電
源を得て高周波絶縁トランスの一次側入力とし、その高
周波絶縁トランスの二次側出力から直流電源を得てバッ
テリを充電するようにしたので、小形軽量化を図り得
て、バッテリの一充電当たりの走行距離を長くすること
ができるとともに、加速性能をよくすることができる。

【００７２】請求項２に記載の電気自動車のバッテリ充
電装置によれば、バッテリの充電時には、高周波絶縁ト
ランスの第１の巻線及び第２の巻線が一次側及び２次側
として機能して第２の巻線に誘起される高周波電圧に基
づきバッテリに充電させ、バッテリによる走行時には、
高周波トランスの第２の巻線及び第３の巻線が一次側及
び２次側として機能して第３の巻線に誘起される高周波
電圧に基づき補器用バッテリに浮動充電させるようにし
たので、一つの高周波絶縁トランスを利用してバッテリ
と補器用バッテリとの双方の充電を行なうことができ
る。

【００７３】請求項３記載の電気自動車のバッテリ充電
装置によれば、高周波絶縁トランスの第３の巻線は、バ
ッテリの充電時にも二次側として機能するもので、バッ
テリの充電時にも補器用バッテリを浮動することができ
る。

【００７４】請求項４記載の電気自動車のバッテリ充電
装置によれば、補器用バッテリはバッテリ冷却ファンを
駆動するようにしたので、バッテリを効果的に冷却する
ことができる。

【００７５】請求項５記載の電気自動車のバッテリ充電
装置によれば、補器用バッテリを充電する補器用バッテ
リ専用充電手段を備えるようにしたので、補器用バッテ
リに接続される補器の数に対応させることができる。

【００７６】請求項６記載の電気自動車のバッテリ充電
装置によれば、補器用バッテリ充電手段及び補器用バッ
テリ専用充電手段は、通常時は一方が動作し、補器用バ
ッテリの放電容量が不足する状態のときに他方が動作す
るので、補器用バッテリの浮動充電を効率よく行なうこ
とができる。

【００７７】請求項７記載又は８記載の電気自動車のバ
ッテリ充電装置によれば、バッテリの充電時には、駆動
回路の一部を利用して充電電流の制御、具体的には力率
制御を行なうようにしたので、電源高調波の低減を図る
ことができる。

【００７８】請求項９記載の電気自動車のバッテリ充電
装置によれば、モータのステータコイルを利用して昇圧
チョッパ回路を構成しているので、外部電源電圧がバッ
テリ電圧より低い場合でもバッテリを充電することがで
きる。

【００７９】請求項１０記載の電気自動車のバッテリ充
電装置によれば、バッテリと駆動回路との間に昇降圧用
チョッパ回路を接続しているので、モータの駆動時には
バッテリ電圧を昇圧して駆動回路に供給することがで
き、又、モータの回生制動時には発電電圧を降圧してバ
ッテリに供給することができる。

【００８０】そして、請求項１１記載の電気自動車のバ
ッテリ充電装置によれば、バッテリ電圧が低下している
場合には、昇降圧用チョッパ回路の降圧作用によりバッ
テリの充電電流を制御するようにしたので、バッテリに
過大な充電電流が流入することを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す電気回路図

【図２】部分的電気回路

【図３】補器用バッテリの充電時のゲート信号波形図

【図４】本発明の第２の実施例を示す図１相当図

【図５】バッテリの充電時の各部の信号波形図

【図６】従来例を示す電気的構成図

【符号の説明】

図面中、１１はインダクションモータ（モータ）、１２
Ｕ乃至１２Ｗはステータコイル、１３はバッテリ、１４
はインバータ回路（駆動回路）、１５Ｕ乃至１５Ｗ及び
１６Ｕ乃至１６Ｗはトランジスタ（スイッチング素
子）、１７Ｕ乃至１７Ｗ及び１８Ｕ乃至１８Ｗはフライ
ホイールダイオード、１９Ｕ乃至１９Ｗはアーム、２２
はコンデンサ、２６は高周波絶縁電源回路、２８は商用
電源（外部電源）、２９は高周波インバータ回路（高周
波電源発生手段）、３０は高周波絶縁トランス、３０ａ
乃至３０ｃは第１乃至第３の巻線、３１は高周波インバ
ータ回路（高周波電源発生機能を有する整流手段）、３
２は整流回路（補器用バッテリ充電手段）、３３は補器
用バッテリ、３４はバッテリ冷却ファン、３５は専用充
電装置（補器用バッテリ専用充電手段）、４２は昇降圧
用チョッパ回路、４８は高周波絶縁トランス、４９は整
流回路（整流手段）を示す。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バッテリからの直流電力を基に駆動回路
   を介して走行用のモータを駆動するようにした電気自動
   車において、 外部電源を高周波電源に変換する高周波電源発生手段
   と、この高周波発生手段からの高周波電源を一次側入力
   とする高周波絶縁トランスと、この高周波絶縁トランス
   の二次側出力を整流して前記バッテリを充電する整流手
   段とを具備してなる電気自動車のバッテリ充電装置。
2. 【請求項２】 高周波絶縁トランスは、第１乃至第３の
   巻線を備え、整流手段は、バッテリの直流電源を高周波
   電源に変換する高周波電源発生機能を有し、 バッテリの充電時には、前記第１の巻線が高周波電源発
   生手段からの高周波電源を入力とする一次側とし且つ第
   ２の巻線を二次側として機能し、 バッテリによる走行時には、第２の巻線が整流手段から
   の高周波電源を入力する一次側とし且つ第３の巻線が補
   器用バッテリを遊動充電するための補器用バッテリ充電
   手段に高周波電源を入力させる二次側として機能するこ
   とを特徴とする請求項１記載の電気自動車のバッテリ充
   電装置。
3. 【請求項３】 高周波絶縁トランスの第３の巻線は、バ
   ッテリの充電時においても二次側として機能するように
   なっていることを特徴とする請求項２記載の電気自動車
   のバッテリ充電装置。
4. 【請求項４】 補器用バッテリは、バッテリを冷却する
   バッテリ冷却ファンを駆動するようになっていることを
   特徴とする請求項２又は３記載の自動車のバッテリ充電
   装置。
5. 【請求項５】 補器用バッテリ充電手段の他に、バッテ
   リの直流電源を高周波電源に変換し且つこれを降圧整流
   して補器用バッテリに充電する補器用バッテリ専用充電
   手段を備えたことを特徴とする請求項２乃至４のいずれ
   かに記載の電気自動車のバッテリ充電装置。
6. 【請求項６】 補器用バッテリ充電手段及び補器用バッ
   テリ専用充電手段は、通常時は一方が動作し、補器用バ
   ッテリの放電容量が不足する状態のときに他方が動作す
   るようになっていることを特徴とする請求項５記載の電
   気自動車のバッテリ充電装置。
7. 【請求項７】 整流手段の出力側は駆動回路の一部に接
   続されることにより、バッテリの充電電流を制御するよ
   うになっていることを特徴とする請求項１記載の電気自
   動車のバッテリ充電装置。
8. 【請求項８】 バッテリの充電電流は力率制御されるよ
   うになっていることを特徴とする請求項７記載の電気自
   動車のバッテリ充電装置。
9. 【請求項９】 駆動回路の一部は、モータのステータコ
   イルを用いて昇圧チョッパ回路を構成していることを特
   徴とする請求項７又は８記載の電気自動車のバッテリ充
   電装置。
10. 【請求項１０】 バッテリと駆動回路との間には、昇降
    圧用チョッパ回路が接続されていることを特徴とする請
    求項７，８又は９記載の電気自動車のバッテリ充電装
    置。
11. 【請求項１１】 バッテリの電圧が低下した場合には、
    昇降圧用チョッパ回路の降圧作用によりバッテリの充電
    電流を制御することを特徴とする請求項１０記載の電気
    自動車のバッテリ充電装置。